async/await的多线程问题

今天尝试把.net4.5新增的异步编程模型async/await加入自己的框架，因为从第一印象看，使用async/await的写法实在太方便了，以同步代码的方式写异步流程，写起来更顺畅，不容易打断思路，异常传递、资源控制(lock和using)也都完美支持，即使有少量的性能损失，也完全可以接受。

首先我写了一个测试代码，以熟悉async/await模型，代码如下：

static class TestCase
{
    static async Task Test2()
    {
        Console.WriteLine("3 {0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
        await Task.Run(() =>
        {
            Thread.Sleep(1000);
        });// 这里可以换成Task.Delay(1000);
        Console.WriteLine("4 {0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
    }

    static async Task Test1()
    {
        Console.WriteLine("1 {0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
        await Test2();
        Console.WriteLine("2 {0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
    }

    static void Main(string[] args)
    {
        Test1().Wait();
    }
}

输出如下：

代码很简单，结果也看似正确，直到我发现一个大问题：

await后面的代码是在另一个线程执行的！！！

这不仅会影响到框架的运行，还会导致线程争用资源的问题，也就是说看似同一处的代码，会运行在不同线程，并且有可能并行。如果访问公共资源(如静态变量)还需要加锁，严重影响编程体验和性能。我推测，很可能Task类自带的创建Task的静态函数所产生的Task，设置Complete状态时都是在其他线程，因此导致了await的回调也在该线程执行。于是我把代码稍微改了一下：

static class TestCase
{
    static TaskCompletionSource<object> source = new TaskCompletionSource<object>();

    static async Task Test2()
    {
        Console.WriteLine("3 {0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
        await source.Task;
        Console.WriteLine("4 {0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
    }

    static async Task Test1()
    {
        Console.WriteLine("1 {0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
        await Test2();
        Console.WriteLine("2 {0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
    }

    static void Main(string[] args)
    {
        Task task = Test1();
        Thread.Sleep(1000);
        source.SetResult(null);
        task.Wait(); // 这一句其实是没有必要的，并且如果放在SetResult前，会导致死锁
    }
}

输出如下：

果然全部是在主线程执行了。其中source.SetResult(null);这一句放到框架中，当条件合适时就在主线程Loop中调用，以便唤醒await继续执行剩下的过程。此外，Task类的静态函数所产生的Task，也可以通过一个包装函数，来让在其他线程执行的SetResult，Queue到主线程调用，类似这样：

public Task<T> Wrap<T>(Task<T> task)
{
    Loop loop = Current;
    TaskCompletionSource<T> source = new TaskCompletionSource<T>();
    task.GetAwaiter().OnCompleted(() =>
    {
        loop.Execute(() =>
        {
            if (task.IsCompleted)
                source.TrySetResult(task.Result);
            else if (task.IsCanceled)
                source.TrySetCanceled();
            else
                source.TrySetException(task.Exception);
        });
    });
    return source.Task;
}